Interakce působení různé teploty, úrovně ozářenosti a koncentrace CO2 na asimilační procesy vybraných druhů lesních dřevin.

Mgr. Ladislav ŠIGUT

Diplomová práce

Response of assimilatory processes of selected tree species to interaction of different temperature, irradiance and CO2 concentration.

Anotace:

V rámci Projektu I byla při laboratorních podmínkách ověřována hypotéza, že krátkodobé působení zvýšených teplot změní teplotní optimum světlem saturované asimilace CO2 (Amax; Topt(Amax)) a povede k aklimaci temnotní respirace (RD). Teplotní závislost základních parametrů fotosyntézy v rozmezí teplot jehlic 10?40 °C byla měřena metodou analýzy výměny plynů u čtyřletých sazenic smrku ztepilého (Picea abies [L.] Karst.) kultivovaných po 10 dní v růstových komorách při čtyřech aklimačních režimech (maximální kultivační ozářenost [?mol(fot.) m-2 s-1]/teplota vzduchu [°C] byla nastavena na 300/25, 1000/25, 1000/35 a 1000/40). Bylo zjištěno, že krátkodobá aklimace sazenic na zvýšené teploty neovlivnila RD ani Topt(Amax), avšak Amax byla překvapivě, především při nižších teplotách, průkazně vyšší než u rostlin aklimovaných na vysokou ozářenost a optimální teploty. Cílem Projektu II bylo v rámci polního experimentu ověřit hypotézu, že zvýšení teploty listu/jehlic vybraných druhů rostlin způsobené snížením rychlosti transpirace (E) dlouhodobou kultivací při zvýšené koncentraci CO2 (EC) povede k aklimaci fotosyntézy a jiných souvisejících procesů na zvýšené teploty. Teplotní závislost základních parametrů fotosyntézy v rozmezí teplot listu/jehlic 15?40 °C byla měřena metodou analýzy výměny plynů u osmiletých sazenic smrku ztepilého (Picea abies [L.] Karst.) a buku lesního (Fagus sylvatica L.) kultivovaných po tři vegetační sezóny při okolní (AC; 380 ?mol(CO2) mol-1) a zvýšené (700 ?mol(CO2) mol-1) koncentraci CO2 ([CO2]) v kultivačních sférách na Experimentálním ekologickém pracovišti Bílý Kříž v Moravskoslezských Beskydech. Přestože u EC variant smrku i buku obvykle dochází k potlačení vodivosti průduchů (gs; Košvancová a kol. 2009), bylo pozorováno průkazné snížení světlem saturované gs a E pouze u buku. Stimulace Amax zvýšenou [CO2] vymizela u EC variant buku, resp. smrku při snížení teploty na 16,5, resp. 13 °C, což zřejmě odpovídá aklimaci rychlosti regenerace Pi obou EC variant na zvýšené teploty. U EC variant buku, resp. smrku došlo k průkaznému posunu Topt(Amax) směrem k vyšším teplotám průměrně o 3, resp. 6 °C oproti AC variantám. Výsledky tedy podporují hypotézu, že dlouhodobá kultivace rostlin při EC vede k aklimaci fotosyntézy a jiných souvisejících procesů na zvýšené teploty.

Abstract:

The hypothesis that short-term exposition to elevated temperature leads to a shift in the thermal optimum of light-saturated CO2 assimilation rate (Amax; Topt(Amax)) and acclimation of dark respiration (RD) to elevated temperature was tested during laboratory experiment in Project I. The temperature response of basic photosynthetic characteristics at needle temperature range 10?40 °C was measured using gas exchange at four-year-old seedlings of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) cultivated for 10 days in growth chambers at four acclimation regimes (maximal cultivation irradiance [?mol(fot.) m-2 s-1]/air temperature [°C] was set to 300/25, 1000/25, 1000/35 a 1000/40). No change of RD or Topt(Amax) was observed in short-term acclimated seedlings to elevated temperature, however, Amax was surprisingly higher when compared to plants acclimated to high irradiance and optimal temperature, especially at low temperature. The aim of Project II was to assess the hypothesis that elevated leaf/needle temperature of chosen plant species caused by decrease in transpiration rate (E) in long-term acclimated elevated CO2 concentration (EC) plants leads to acclimation of photosynthesis and other related processes to higher temperature. The temperature response of basic photosynthetic characteristics at leaf/needle temperature range 15?40 °C was measured in situ using gas exchange at eight-year-old seedlings of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) and European beech (Fagus sylvatica L.) cultivated for three growing seasons at ambient (AC; 380 ?mol(CO2) mol-1) and elevated (700 ?mol(CO2) mol-1) concentration of CO2 in glass domes at the experimental research site Bílý Kříž in the Beskydy Mts. Although the stomatal conductance (gs) in beech and spruce is usually suppressed by EC treatment (Košvancová a kol. 2009); the significant decrease in light-saturated gs and E was observed only in beech trees. The EC stimulation of Amax was absent in EC treated beech and spruce when lowering the leaf/needle temperature to 16,5 and 13 °C, respectively. This result probably indicates acclimation to high temperature of Pi regeneration capacity in both EC treated species. Significant shift in the Topt(Amax) was observed in EC treated beech and spruce by ca. 3 and 6 °C when compared to AC plants. Results thus support the initial hypothesis that long-term acclimation to EC leads to the acclimation of photosynthesis and other related processes to higher temperature.

Klíčová slova

aklimace, zvýšená koncentrace CO2, zvýšená teplota, zvýšená ozářenost, interakce, analýza výměny plynů, Picea abies [L.] Karst., Fagus sylvatica L.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 4. 2011

Zveřejnit od: 22. 4. 2011

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 6. 2011
• Vedoucí: Mgr. Otmar Urban

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Aplikovaná fyzika / Biofyzika